Gasblase fliegt um Schwarzes Loch

Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs

Eine Gasblase bewegt sich um das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße – und zwar mit rund einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit. Was hat es damit auf sich?

Eine Gasblase rast mit einer wahnsinnigen Geschwindigkeit um das Schwarze Loch. Bevor wir uns anschauen, was es damit auf sich hat, springen wir kurz in der Zeit zurück. Vor vier Monaten ist etwas wirklich Galaktisches geschehen. Die erste Aufnahme vom zentralen Schwarzen Loch unserer Galaxis wurde veröffentlicht. Unten seht Ihr das Foto von dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxis, Sagittarius A*. Die helle Akkretionsscheibe aus Material, das von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs erfasst wird, ist sehr gut zu erkennen.

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Sagitarrius A* ist ein echtes Schwergewicht und besitzt knapp vier Millionen Sonnenmassen. Wie Ihr sicherlich wisst, beeinflusst die Masse eines Objekts die Raumzeit. Sie wird verformt wie ein Trampolin, auf dem sich ein schweres Objekt befindet. Im Umkreis eines solchen Schwerkraftmonsters wie Sagittarius A* verhält sich die Raumzeit sehr bizarr. 

Foto vom Schwarzen Loch Sagittarius A*
Das erste Foto von einem Schwarzen Loch: Sagittarius A* und die Akkretionsscheibe

90.000 km/s schnelle Gasblase

Dazu passt der Fund, den Astronomen im Umkreis dieses Schwarzen Lochs gemacht haben. Sie entdeckten etwas, das mit einer hohen Geschwindigkeit um den Schlund von Sagittarius A* rast – und zwar mit rund 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das sind umgerechnet knapp 90.000 Kilometer pro Sekunde. 

Um was für eine mysteriöse Struktur könnte es sich hier handeln? Der Astrophysiker Maciek Wielgus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie sagt: “Wir glauben, dass wir es mit einer heißen Gasblase zu tun haben, die Sagittarius A* auf einer Bahn umkreist, die der des Planeten Merkur ähnelt, aber in nur etwa 70 Minuten eine volle Schleife macht.”

schneller als der Merkur

Es geht also ganz konkret um eine Gasblase, die mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit um ein supermassives Schwarzes Loch kreist. Zum Vergleich können wir uns den Merkur anschauen. Der Planet umkreist die Sonne in derselben Entfernung wie die Gasblase das Schwarze Loch. Der Merkur fliegt auf seiner Bahn mit einer Geschwindigkeit von knapp 50 Kilometern pro Sekunde. Das ist 1.800 mal langsamer als die Geschwindigkeit der Gasblase. Aber was ist denn diese Gasblase eigentlich genau und wie entsteht sie?

Dass es in der Nähe des Schwarzen Lochs solche Gasansammlungen gibt, ist nicht ungewöhnlich. Wie wir schon auf der Aufnahme von Sagittarius A* gesehen haben, bilden sich um Schwarze Löcher Akkretionsscheiben, in denen alles mögliche herumgewirbelt wird, was dem Schwarzen Loch zu Nahe kam. Gas, Staub, Licht, Planeten, Sterne und so weiter. Diese Gasblase scheint aber speziell zu sein. 

Flares am Schwarzen Loch ließen Gasblase entstehen

An der Erstellung der ersten Aufnahme von Sagittarius A* war unter anderem das ALMA-Radioteleskop in Chile beteiligt. Als die Forscher dessen Daten isoliert ausgewertet haben, entdeckten sie im Radiobereich, dass Sagittarius A* im Jahre 2017 ein wenig Flatulenzen hatte. Es spuckte einen sogenannten Flare aus, eine Eruption, die meistens durch vorbeiziehende Objekte getriggert wird. Man geht davon aus, dass solche Flares das Ergebnis der Wechselwirkung von heißem Gas mit einem Magnetfeld im Bereich des Schwarzen Lochs sind. 

Darstellung von der NASA von Flares aus einem Schwarzen Loch
Flares: Heiße Gasausbrüche aus einem Schwarzen Loch

Die Forscher bemerkten, dass das heiße Gas stark polarisiertes Licht aussendete, das die Signatur der Synchrotronbeschleunigung aufwies – beides tritt in Gegenwart eines starken Magnetfeldes auf. Man kennt das von der Erde von einigen Teilchenbeschleunigern. In denen befinden sich die Teilchen auf einer Kreisbahn, in die sie durch magnetische Felder gezwungen werden, und in denen bei der Bewegung die Magnetfeldstärke synchron mit der Teilchenenergie erhöht wird – deswegen Synchrotron. Daher wusste man, dass der Gasblob sich so verhält, als hätte ihn ein starkes Magnetfeld beeinflusst. Quasi ein Synchrotronteilchenbeschleuniger, den niemand künstlich erschaffen hat, sondern der auf natürlichem Wege um Sagittarius A* entstanden ist, da Schwarze Löcher oftmals eben gewaltige Magnetfelder aufweisen. 

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Maciek Wielgus sagt: “Was wirklich neu ist, ist, dass solche Flares bisher nur in Röntgen- und Infrarotbeobachtungen von Sagittarius A* deutlich zu sehen waren. Hier sehen wir zum ersten Mal einen sehr starken Hinweis darauf, dass umlaufende Hot Spots auch in Radiobeobachtungen vorhanden sind.”

Wird die Bubble vom Schwarzen Loch verschluckt?

Sagittarius A* erschafft durch seinen Magnetismus also eine festgelegte Kreisbahn, in der die Objekte innerhalb der Akkretionsscheibe gezwungen sind, mit immenser Geschwindigkeit immer und immer weiter zu rotieren. Ob der Gasblob irgendwann verschluckt wird, also sich über den Ereignishorizont bewegt, die Grenze, hinter der selbst Lichtgeschwindigkeit nicht mehr entkommen, ist nicht klar. Denn es gibt ein böses Vorurteil über Schwarze Löcher, nämlich dass sie alles verschlucken, egal wie groß, egal wie weit weg. Dabei haben auch Schwarze Löcher eine bestimmte Schwerkraft und wenn man den richtigen Abstand hält, kann man einen stabilen Orbit um ein Schwarzes Loch halten. Es ist sogar denkbar, dass es Planeten gibt, die um ein Schwarzes Loch orbitieren, so wie unsere Erde um die Sonne. Und die wird ja schließlich auch nicht von der Sonne eingesogen. Solche Planeten bezeichnet man als Blanets, ein Kofferwort aus Planet und Black Hole. 

Szene aus dem Film Interstellar mit dem Schwarzen Loch
Schwerkraftmonster: Das Schwarze Loch Gargantua aus dem Film Interstellar

Besonders gut dargestellt wird das im Science-Fiction-Film Interstellar, auf dem die Protagonisten gleich mehrere solcher Blanets besuchen, die um das Schwarze Loch Gargantua kreisen. Jedenfalls könnte es sein, dass die heiße Gasblase sich wie ein Blanet stabil um Sagittarius A* dreht, da sie durch das Magnetfeld in eine feste Kreisbahn gezwungen wird. In dem Fall wird sie sich noch für sehr lange Zeit weiter bewegen – ein wenig wie ein Uhrzeiger. Nur dass sie nicht wie eine normale Uhr 60 Minuten für eine Umdrehung braucht, sondern 70. Und dass die Uhr nicht gerade an die Wand passen würde, sondern so groß ist wie die Merkurbahn. 

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Sagittarius A*: Sensationelles Foto vom Schwarzen Loch

Schwarzes Loch in der Milchstraße

Was für eine Sensation! Endlich gibt es das allererste Foto des supermassiven Schwarzen Loches im Zentrum unserer Milchstraße. Das ist vermutlich das spektakulärste astronomische Ereignis der letzten Jahre.

Aber Moment mal. Ein Foto von einem Schwarzen Loch? Das gab es doch vor ein paar Jahren schon mal, oder nicht? Richtig. Das erste richtige Bild eines Schwarzen Loches wurde 2019 veröffentlicht. Unten seht ihr das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87. 

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Das erste Foto eines Schwarzen Lochs außerhalb unserer Galaxie

Das Schwarze Loch in der Galaxie M87

Es wirkt etwas befremdlich, dass das erste Foto eines Schwarzen Loches nicht aus unserer Milchstraße stammt, sondern aus einer fremden Galaxie. Das ist aber einfach zu erklären: Das M87-Schwarze-Loch ist sehr viel schwerer als das Schwarze Loch in unserer Milchstraße. Es hat daher viel größere Ausmaße. Außerdem liegen zwischen dem Schwarzen Loch in unserer Galaxis und uns jede Menge dichte Staub- und Gaswolken, die die Beobachtung zusätzlich erschweren. Obwohl M87 weiter weg ist, war es daher einfacher zu fotografieren. 

Nun ist aber denselben Wissenschaftlern, nämlich vom Event Horizon Telescope, eine absolute Sensation gelungen: Sie haben Sagittarius A*, das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße, fotografiert. Dieses Ungetüm ist knapp 26.600 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt und bringt 4,3 Millionen Sonnenmassen auf die Waage. Schauen wir uns das Bild mal genau an:

Was sehen wir auf dem Foto des Schwarzen Lochs? 

Genau genommen sieht man auf den Bildern von Schwarzen Löchern keine Schwarzen Löcher. Denn Schwarze Löcher zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem gewissen Bereich so viel Schwerkraft besitzen, dass sogar das Licht nicht mehr entkommen kann. Und wo kein Licht ist, sieht man nichts. Das eigentliche Schwarze Loch befindet sich im Zentrum des Bildes und entzieht sich unseren Blicken. Die Grenze, hinter der das Licht verschluckt wird, nennt man Ereignishorizont und die kann man auf dem Foto von Sagittarius A* wunderbar erkennen. 

Das erste Foto vom Schwarzen Loch in unserer Milchstraße: Sagittarius A*

Was wir auf dem Foto also sehen, ist die gesamte Materie, die in das Schwarze Loch gewirbelt wird, also der helle Bereich. Das ist die sogenannte Akkretionsscheibe, eine Ansammlung aus Gas, Staub, Licht, vielleicht auch Planeten und Sternen, die von der Schwerkraft des Schwarzen Loches erfasst wurden und noch nicht den Ereignishorizont überquert haben. Durch den Kontrast zwischen den Bereichen innerhalb und außerhalb des Ereignishorizonts konnte man Sagittarius A* überhaupt sichtbar machen. 

Im engsten Sinne des Wortes ist das kein Foto von Sagittarius A*. Vielmehr ist es eine Darstellung, die aus jeder Menge Daten von Radioteleskopen zusammengesetzt wurde. Das führt uns zu der Frage: 

Wie macht man ein Bild von einem Schwarzen Loch? 

Ein Foto von einem Schwarzen Loch macht man durch die sogenannte Langbasisinterferometrie. Das bedeutet, dass man mehrere Radioteleskope, die sich an unterschiedlichen Standorten auf der Erde befindet, miteinander zusammenschließt. So erhält man ein Riesenradioteleskop, eine virtuelle, riesige Antennenschlüssel. Die Interferometrie ist eine geniale Methode, die es erlaubt, durch den Zusammenschluss mehrerer Teleskope ein Riesenteleskop zu erschaffen. 

Der Zusammenschluss der vielen Teleskope des Event Horizon Telescope

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Durch diese Technik ist es den Forschern des Event Horizon Telescope gelungen, Sagittarius A*zu fotografieren – etwas, das man lange für unmöglich hielt. Denn wie schon erwähnt, ist Sagittarius A* von dichten Nebeln verdeckt und unfassbar weit weg. Außerdem ist es für ein supermassives Schwarzes Loch auch gar nicht so schwer. Sein Ereignishorizont ist von uns aus gesehen nur so groß wie ein Tennisball auf dem Mond. Unvorstellbar, dass diese Aufnahme nun gelungen ist. Geoffrey Bower vom Institut für Astronomie und Astrophysik in Taipeh sagt: “Wir waren verblüfft, wie gut die Größe des Rings mit den Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmte. Diese beispiellosen Beobachtungen haben unser Verständnis dessen, was im Zentrum unserer Galaxie geschieht, erheblich verbessert.”

Vergleich von den Schwarzen Löchern in den Galaxien M87 und Milchstraße

Jetzt, wo man zwei Bilder von Schwarzen Löchern hat, kann man diese natürlich wunderbar vergleichen und dadurch mehr über diese Extremsituation von Raum und Zeit erfahren, die sich in der Nähe Schwarzer Löcher abspielt. Auffallend ist, wie ähnlich sich Sagittarius A* und das M87-Schwarze-Loch sind, obwohl M87 über sechs Milliarden mal so schwer wie die Sonne ist, Sagittarius A* nur 4,3 Millionen mal. Der Unterschied liegt in der Ausdehnung des Ereignishorizonts, die man auf den Bildern nicht wirklich erahnen kann. Sera Markoff von der Universität Amsterdam beschreibt es so: “Das sagt uns, dass die Allgemeine Relativitätstheorie im Nahbereich für diese Objekte dominiert. Erst in größerer Entfernung von Ereignishorizonten kommen Unterschiede in Menge und Art des umgebenden Materials zum Tragen.”

Erfahrt im neuen Video alles über das erste Foto des Schwarzen Lochs in unserer Milchstraße

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